事故工况下独立B型液货舱LNG船安全性评估

发布时间：2020-08-15 22:10

【摘要】：天然气作为一种新兴的优质能源,越来越受到世界各国的重视。海上运输是目前天然气的主要运输方式,因此液化天然气船的需求量也随之迅速增高。液化天然气船在营运过程中,超低温液货是影响船体结构安全的重要因素,有必要对此进行深入研究。本文研究了事故工况下独立B型液货舱LNG船的结构安全性,重点分析了超低温液货对船舶极限强度的影响。主要工作如下:(1)根据LNG船的结构特征和传热学理论建立了船体传热模型。采用PCL语言编写了船体温度场的求解辅助程序,通过迭代计算精确地求解对流传热系数,充分考虑了结构温度、环境温度和对流系数的耦合关系,克服了采用经验方法确定对流系数的粗糙性。(2)根据液货围护系统失效后天然气的泄漏和扩散模型,用CFD方法分析对流空间的空气温度场。将空气温度场离散化并提出面积影响因子和温度影响因子来连接空气温度场和结构温度场,改进计算程序求解了失效状态下的船体温度场。(3)采用ABAQUS的显示动态算法计算了船体总纵极限强度。针对超低温液货的影响从两方面予以分析,一是研究了低温下材料力学性能的变化,主要是材料冷脆现象对船舶承载能力的削弱。二是研究了温度应力对整船极限强度和局部结构强度的不利影响。(4)针对不同事故工况,包括围护系统失效和不同程度的搁浅破损,计算了船体的剩余极限强度。根据事故工况下极限强度、静水弯矩和波浪弯矩的极值分布情况,采用一次二阶矩法计算了不同服役年限内船舶的可靠性,并对船体结构安全性进行评估。本文成果对独立B型液货舱LNG船船体温度场分析、船体极限强度分析以及的船体结构可靠性评估具有一定参考意义。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U698
【图文】：

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单船运输能力也以 15%的速度迅猛增长[2]，见图1-1。图 1-1 世界液化天然气船队规模和运量趋势Figure 1-1 Trend of world LNG carrier fleet number and capacity液化天然气船号称海上的超级冷冻柜，其设计建造难度极高被誉为造船工业皇冠上的明珠。随着液化天然气船的大型化，航运界和工业界对其安全性提出了更高的要求。据估算一艘 15 万立方米液化天然气船包含的能量约等于 50 颗广岛原子弹的爆炸当量，一旦发生事故带来的灾难是不堪设想的，因此对液化天然气船进行有效的安全性评估具有重要意义。液化天然气船是保证我国能源战略安全的核心装备，而目前我国的液化天然气船整体建造水平低下并且产能严重不足，供需失衡亟待解决。可喜的是国内船厂正在积极地引进外国船舶企业的建造技术，提高自身建造能力参与到这类高附加值船型的建造之中。

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图 3-4 舱段有限元模型Figure 3-4 FE model of part-cabin覆在液舱壁外侧的绝热层是由玻璃纤维包裹的硬质聚氨酯泡沫，因为其厚度达到 400mm 故采用块单元模拟，绝热层几乎不参与结构强度，所以为了建模的简便性直接将这些块单元以节点重合的方式与模拟液舱壁的面单元连接，详见图3-5。对于支承结构，分析船体传热时地用块单元模拟垫木并以节点重合的方式与舱壁和船体连接，见图 3-6。

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所以为了建模的简便性直接将这些块单元以节点重合的方式与模拟液舱壁的面单元连接，详见图3-5。对于支承结构，分析船体传热时地用块单元模拟垫木并以节点重合的方式与舱壁和船体连接，见图 3-6。图 3-5 液舱壁与绝热层细节图Figure 3-5 Detail of bulkhead and thermal insulation blanket

【参考文献】